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南仁山森林苗木更新動態、碳收支及植物物候之研究(二)

摘 要
關鍵詞：墾丁國家公園、小苗更新、物候、光合作用、碳收支、斑光
一、研究緣起：
生態學是研究生物與其環境交互作用的科學，需對該生態系的物理環境與生物環境有所瞭解，而小苗更新動態及植物物候現象的觀察，是瞭解森林生態系組成與功能不可或缺的項目。生長在森林樹冠下層低光環境的植物，其光合作用光補償點通常很低，會低於植物生長處微環境的盛行光量，如此在白天葉片所固定的碳水化合物始能供應植物全株代謝所需的能量，若有剩餘的能量，才能使植株長出新的組織，逐漸成長。本研究目標為暸解南仁山迎風坡森林內樹苗出生、死亡及生長之更新動態，並探討森林內的光資源與二氧化碳濃度如何影響更新苗的光合作用表現。藉由量測樹苗的碳收支情形，可瞭解該樹苗健康狀況，由此推測其是否能在林下存活或將死亡，並推估其生長潛力。藉由測定斑光在白天出現的時間及累積光量情形，可計算斑光對提高林下樹苗光合作用產物的貢獻程度。藉由觀察22種林木一年間的物候現象，可解釋不同林木更新動態的原因。由上述調查可提供南仁山森林在未受擾動，以及將來遭受到自然或人為擾動後，在森林更新上的調適及反應，可增進我們對該森林生態系功能方面的暸解。
二、研究方法及過程：
小苗更新動態的調查，有助於瞭解森林的組成、結構及演替過程。本研究於墾丁國家公園南仁山生態保護區，步道3.4 K南北側森林共設置45個面積1 m2的樣區，觀察樹高小於1 m植株的高生長，以及小苗每個月的出生死亡動態變化，並在南側森林測定9種樹苗，包括6種耐陰樹種的小葉樟、大頭茶、台灣八角、台灣蕘花、恆春石斑木及長尾尖葉櫧，另為3種為非耐陰性的白桕、白匏仔及野牡丹，各4株的光合作用率日變化，計算樹苗葉部的一日碳收支，測定各種樹苗在兩種光量條件下對不同二氧化碳的利用效率，並測定各樹種苗木在照射到直射斑光時光合作用率的反應。本研究也在步道3.4 K南側森林調查22種迎風坡森林樹種，共121株樹木每個月的物候表現。
三、重要發現：
2008年7月記錄到動態樣區內共有69種植物，共計1535株，密度平均為34.9株m-2，以日本賽衛矛、台灣八角及恆春石斑木的小苗密度最高，平均1 m2面積分別有5.1、3.7及2.8株。由出生到苗高大於10 cm，恆春石斑木、九節木、大頭茶、小葉赤楠等耐陰性樹苗需有三年的生長。2008年至11月止記錄到新生苗257株，死亡小苗254株，死亡株數與出生株數接近。在小苗一日碳收支方面，9個樹種的日平均光合作用率在1.1~2.3 μmol m-2s-1之間，各種樹苗淨光合作用率隨著葉部照到的光量而增加。本研究計算得知各種樹苗在林下環境的一日碳收支均為正值，供試9樹種中長尾尖葉櫧單株一日碳收支為最高者，一日可淨收穫87 mg的CO2。供試種9樹種由黑暗開始照300 μmol m-2s-1光量，光合作用90%誘發所需時間以台灣蕘花、野牡丹及恆春石斑木需時較短(12~16分鐘)，而台灣八角與小葉樟需時35分鐘以上最長。另一項試驗在50及300 μmol m-2s-1兩種光量下測定苗木光合作用率隨CO2濃度(390、420及450 μLL-1)提高的反應，結果發現9種樹苗的淨光合作用率均會隨CO2濃度的提高而增大，且在較高光量條件下此CO2利用效率提高更顯著。以林內自然光條件，連續測定6種樹苗各3株淨光合作用率的日變化，發現有斑光照射的時間僅佔白天的1~53%，但該期間所固定的CO2量可達總量的2~77%，此結果說明斑光提高可用的光能，對林下樹苗的光合作用有很大貢獻。2008年物候調查的22種樹種均有結果的物候，但結果量都不多。
四、主要建議事項：
小苗更新動態、植物物候，以及植物生理對環境適應的反應等，都需長期監測才能得到生態系運作的面貌，國家公園管理處應有長期經費支持。
立即可行建議─生態保護區基礎生態資訊需長期監測，供了解氣候變遷或人為擾動對此生態系運作過程有何影響。
主辦機關：墾丁國家公園管理處
協辦機關：大學或研究機構
(一) 本計畫所監測的小苗更新動態、植物物候表現，以及各種樹苗在林下環境的一日碳收支，這三項都是生態系重要的基礎資訊，也都需要長期的監測才能看出變化趨勢，只有短期間的調查是無法了解生態現象的全貌，因此上述監測項目需要長期的經費支持。
(二) 本計畫所監測的小苗更新動態、植物物候表現，以及各種樹苗在林下環境的一日碳收支，這三項都是生態系重要的基礎資訊，也都需要長期的監測才能看出變化趨勢，只有短期間的調查是無法了解生態現象的全貌，因此上述監測項目需要長期的經費支持。

計畫類別：[規劃]

英文摘要：ABSTRACT
KEYWORD：Kenting National Park, regeneration, plant phenology, photosynthesis, carbon budget, sun flakes.
There were totally 1535 seedlings of 69 species recorded in the seedling plots on July, 2008. The average density of these seedlings was 35 seedlings per m2 with Microtropis japonica, Illicium arborescens, and Rhapyiolepis indica var. hiiranensis having higher density, which were 5.1, 3.7, and 2.8 seedlings per m2, respectively. It took three years for new recruits of R. indica var. hiiranensis, Psychotria rubra, Gordonia axillaris, and Syzygium buxifolium to grow from germination to more than 10 cm in height. We recorded 257 new recruits and 254 deceased seedlings from January to November 2008. In the aspect of daily carbon budget, the 9 tested species showed a daily photosynthesis of 1.1~2.3 μmol m-2 s-1. Net photosynthesis of each species increased as light received by leaves increased. The carbon budgets of each seedling were all positive in our study, where Castanopsis cuspidata among the 9 species fixed the most carbon in a day (87 mg). We applied 300 μmol m-2 s-1 of light to the 9 tested species in darkness, and then measured the time needed to induce 90% of photosynthesis. Wikstroemia taiwanensis, Melastoma candidum, and R. indica needed shorter time (12-16 min) while I. arborescens and Cinnamomum brevipedunculatum needed the longest time (> 35 min). We also monitored the response of seedlings’ photosynthesis as it increased with various CO2 concentrations (390, 420, and 450 μLL-1) under both 50 and 300 μmol m-2 s-1 of light. Results showed that the net photosynthetic rates of the 9 species all increased with elevated CO2 concentrations. This effect was more significant under higher light condition. Results from diurnal courses of photosynthesis in 3 seedlings, each of 6 species, under natural light environment of canopy showed that although the time of sun flakes occurrence only accounted for 1-53% of daylight, the amount of CO2 being fixed during that period accounted for 2-77% of total CO2 being fixed. This result indicates that sun flakes could contribute greatly to the photosynthesis of seedlings under canopy. Phonological monitoring of 22 tree species revealed that all species bore fruits in 2008 but the amount of fruit were not abundant.

計畫屬性：本處委託研究

執行年度：97001

計畫主持人：郭耀綸